CN117265526A - 采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备及工艺，涉及激光修复技术领域，包括横移导轨、激光修复机构以及加热机构，沿所述横移导轨方向上安装有两个移动座架，所述移动座架上安装有升降调控装置，左侧所述升降调控装置上安装有激光修复机构，右侧所述升降调控装置上安装有加热机构，左侧所述移动座架上设有对接连接的前向导流螺旋壳罩、后向导流螺旋壳罩，且前向导流螺旋壳罩和后向导流螺旋壳罩对接端部设有暴露孔，后向导流螺旋壳罩与前向导流螺旋壳罩之间连通有吸流导流循环机构，本发明提高了与预设层厚的修复一致性，降低了不锈钢粉末的损耗量，使得采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的修复品质、修复精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及激光修复技术领域，具体为采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备及工艺。
背景技术
为保障国家能源安全，油气开发已不断向深层、超深层等苛刻油气藏发展，但逐渐恶化的开发环境使油气田钻采装备面临日益严重的腐蚀磨损问题。因此，环境友好、低成本无磁钻铤的高耐蚀耐磨修复已势在必行。首先在进行激光修复前，需要对无磁钻铤磨损腐蚀表面进行预处理，以保证修复层的质量通常采用打磨抛光及化学处理等方法，去除表面氧化物、油污和其它杂质。
目前，在通过不锈钢粉末修复无磁钻铤的过程中，对于一些所需修复厚度量略大的无磁钻铤修复时，而且尤其较大口径规格时，需要提高激光熔覆喷射的不锈钢粉末的喷射流量；但是，这往往使得激光熔覆区域处出现较大程度的火星四射状况，使得预置喷射修复的一定流量的不锈钢粉末出现流失，造成实际修复厚度与所需修复厚度出现偏差；除产生原料浪费之外，而且，散射的不锈钢粉末的散射情况并不稳定，使得在对无磁钻铤的修复过程中，无磁钻铤修复增材后所表现出的整体圆度状况较为复杂，不易掌控了解无磁钻铤表面的修复状况，例如整体的表面厚度、表面圆度等，以及尤其在多层修复时，导致多层熔覆结合界面不均匀，影响融合后形成一体结构的强度；此外，对于后续无磁钻铤的精处理效率也较低。
因此，有必要提供采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，包括横移导轨、激光修复机构以及加热机构，沿所述横移导轨方向上安装有两个移动座架，移动座架上安装有升降调控装置，左侧所述升降调控装置上设有激光修复机构，右侧所述升降调控装置上安装有加热机构，左侧所述移动座架上安装有对接连接的前向导流螺旋壳罩、后向导流螺旋壳罩，且前向导流螺旋壳罩和后向导流螺旋壳罩对接端部设有暴露孔，后向导流螺旋壳罩与前向导流螺旋壳罩之间连通有吸流导流循环机构。
进一步的，所述激光修复机构包括安装于左侧移动座架上的环形壳箱，环形壳箱的中部贯穿密封有激光熔覆头，环形壳箱下端固定有围罩在激光熔覆头外部的锥形罩，所述锥形罩的下端与暴露孔密封连接。
进一步的，所述锥形罩靠上端的内壁上固定有圆周分布的引流叶板。
进一步的，所述吸流导流循环机构包括堵片板、导管三，所述堵片板固定于后向导流螺旋壳罩靠近暴露孔一端的内壳壁上，且位于堵片板后端一侧的后向导流螺旋壳罩壳壁上设有连通孔，连通孔连通导管二一端，导管二另一端连通抽气机的输出端，抽气机的输入端连通方形箱的顶端，方形箱的底端连通导管一的一端，导管一的另一端连通前向导流螺旋壳罩的右端，所述导管三的一端连通环形壳箱，所述导管三的另一端连通后向导流螺旋壳罩的左端。
进一步的，所述环形壳箱中设有第一温度探测器。
进一步的，沿所述前向导流螺旋壳罩内壳壁上设有间隔分布的挡流板。
进一步的，所述方形箱的顶端连通有氮气罐。
进一步的，所述方形箱的底部设有重力传感器，重力传感器的上端放置有稳固盘，稳固盘上固定有串连柱，串连柱上固定有多个间隔设置的方形滤网，所述方形箱上设挡片，位于串连柱最上方的方形滤网的上端面与挡片相贴触。
进一步的，所述加热机构包括安装于右侧移动座架上的加热电源，所述加热电源连接有套筒，套筒的内筒壁安装有与加热电源导线连接的加热环，且位于套筒的左筒端和右筒端分别安装有第二温度探测器和第三温度探测器。
采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复工艺，其包括以下步骤：
S1：将前向导流螺旋壳罩、后向导流螺旋壳罩及套筒套在打磨抛光处理完成的无磁钻铤外部；
S2：设定采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的修复层数为n层，并设定第1层修复参数、第2层修复参数......第n层修复参数，且修复参数至少包括有：激光功率P、扫描速度V扫、送粉气L粉、保护气L气、送粉速度V粉、光斑直径D和搭接率a％；
S3：由加热电源调控加热环对无磁钻铤进行预热处理，并与第二温度探测器、第三温度探测器进行信息互馈，设定使得第二温度探测器所探测的温度处于一定预设温度T1；
S4：设定第一温度探测器的探测温度为T2，并与抽气机进行信息互馈，调控抽气机的抽气速率，且抽气机的抽气速率设为等时间t调控方式；
S5：在每层修复过程中，由重力传感器实时监测稳固盘、串连柱及方形滤网，在等时间t期间开始时至终止时的重力变化量及变化过程，重力变化量等于不锈钢粉末修复过程中未与无磁钻铤结合的损耗量，以便及时反馈调整下层修复时的送粉气L粉参数。
与现有技术相比，本发明提供了采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备及工艺，具备以下有益效果：
本发明中通过前向导流螺旋壳罩、后向导流螺旋壳罩的相对密封的覆罩效果，使得无磁钻铤所受激光修复的区域温度、空间环境能够得到良好的调控，通过吸流导流循环机构的结构设计及控制方式，使得不锈钢粉末在送粉熔覆的过程中，所冲击飘散的粉末，能够被气体引流至沿无磁钻铤未修复的区域进行螺旋流动，便可使得不锈钢粉末再次附着于无磁钻铤表面，从而有利于降低不锈钢粉末的修复损耗率以及确保激光修复的预设需求厚度，且通过将前向导流螺旋壳罩中有着一定热量的气体导入后向导流螺旋壳罩中，还可利用此状态中气体的热量对修复后的无磁钻铤的冷区效果进行调控，从而充分利用修复过程中所产生的热量；而多层修复的修复方式以及每层修复之后的进一步微量参数的调整，提高了与预设层厚的修复一致性，降低了不锈钢粉末的损耗量，使得采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的修复品质、修复精度更高。
附图说明
图1为采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备结构示意图；
图2为本发明中吸流导流循环机构的局部结构示意图；
图3为本发明中激光修复机构的局部结构示意图；
图4为本发明中堵片板的结构示意图；
图5为本发明中挡流板的结构示意图；
图6为本发明中挡流板的实施示意图；
图7为本发明中加热机构的结构示意图；
图中：1、横移导轨；2、移动座架；3、升降调控装置；4、激光修复机构；5、前向导流螺旋壳罩；6、后向导流螺旋壳罩；7、暴露孔；8、吸流导流循环机构；9、加热机构；41、环形壳箱；42、锥形罩；43、激光熔覆头；44、引流叶板；45、第一温度探测器；51、挡流板；81、方形箱；82、抽气机；83、导管一；84、导管二；85、堵片板；86、导管三；87、方形滤网；88、串连柱；89、稳固盘；810、挡片；811、重力传感器；812、氮气罐；91、加热电源；92、套筒；93、加热环；94、第二温度探测器；95、第三温度探测器。
具体实施方式
参照图1-图7，本发明提供一种技术方案：采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，包括横移导轨1、激光修复机构4以及加热机构9，沿所述横移导轨1方向上安装有两个移动座架2，所述移动座架2上安装有升降调控装置3，左侧所述升降调控装置3上安装有激光修复机构4，右侧所述升降调控装置3上安装有加热机构9，左侧所述移动座架2上设有对接连接的前向导流螺旋壳罩5、后向导流螺旋壳罩6，且前向导流螺旋壳罩5和后向导流螺旋壳罩6的对接端部设有暴露孔7，后向导流螺旋壳罩6与前向导流螺旋壳罩5之间连通有吸流导流循环机构8；通过前向导流螺旋壳罩5、后向导流螺旋壳罩6相对密封的覆罩效果，使得无磁钻铤所受激光修复的区域温度、空间环境能够得到良好的调控，其中，当加热机构9对无磁钻铤进行加热预处理到一定温度T1后，前向导流螺旋壳罩5能够及时的对加热预处理的无磁钻铤进行有效保温处理，此外，不锈钢粉末在送粉熔覆的过程中，所冲击飘散的粉末（且有着一定的热量）在吸流导流循环机构8的作用下，被气体引流至沿无磁钻铤未修复的区域进行螺旋流动，便可使得不锈钢粉末再次附着于无磁钻铤表面，从而有利于降低不锈钢粉末的修复损耗率以及确保激光修复的预设需求厚度，且通过将前向导流螺旋壳罩5中有着一定热量的气体导入后向导流螺旋壳罩6中，还可利用此状态中气体的热量对修复后的无磁钻铤的冷区效果进行调控，从而充分利用修复过程中所产生的热量；
另外，后向导流螺旋壳罩6可采用散热材质结构制备，前向导流螺旋壳罩5采用保温材质结构制备。
本实施例中，所述激光修复机构4包括安装于左侧移动座架上的环形壳箱41，环形壳箱41的中部贯穿密封有激光熔覆头43，环形壳箱41下端固定有围罩在激光熔覆头43外部的锥形罩42，所述锥形罩42的下端与暴露孔7密封连接，在激光熔覆头修复的过程中，漂浮的火星或粉末冲击散射后，会在锥形罩42的内部或预期其内壁碰撞，此时，在导管三86向锥形罩42中引入的气流能够有效的导流漂浮的火星或粉末随气流再次流向修复区域，并顺着前向导流螺旋壳罩5中进行流动附着在无磁钻铤表面上。
本实施例中，所述锥形罩42靠上端的内壁上固定有圆周分布的引流叶板44，以便使得向锥形罩内部引流的气体更加有序的进行流动（呈螺旋状态进行流动）。
本实施例中，所述吸流导流循环机构8包括堵片板85、导管三86，所述堵片板85固定于后向导流螺旋壳罩6靠近暴露孔7一端的内壳壁上，且位于堵片板85后端一侧的后向导流螺旋壳罩6壳壁上设有连通孔，连通孔连通导管二84一端，导管二84另一端连通抽气机82的输出端，抽气机82的输入端连通方形箱81的顶端，方形箱81的底端连通导管一83的一端，导管一83的另一端连通前向导流螺旋壳罩5的右端，所述导管三86的一端连通环形壳箱41，所述导管三86的另一端连通后向导流螺旋壳罩6的左端。
本实施例中，所述环形壳箱41中设有第一温度探测器45，用于监测锥形罩42中的温度，一方面，有利于避免漂浮散射的粉末快速冷却，另一方面，也能进一步监测后向导流螺旋壳罩尾端的温度情况。
本实施例中，沿所述前向导流螺旋壳罩5内壳壁上设有间隔分布的挡流板51，以便前向导流螺旋壳罩中气流中的不锈钢粉末有序附着在无磁钻铤的表面。
本实施例中，所述方形箱81的顶端连通有氮气罐812，也就是说，既作为激光修复前对前向导流螺旋壳罩5、后向导流螺旋壳罩6及方形箱81中的空气进行驱赶，又能够使得整个修复环境高度处于氮气的保护。
本实施例中，所述方形箱81的底部设有重力传感器811，重力传感器811的上端放置有稳固盘89，稳固盘89上固定有串连柱88，串连柱88上固定有多个间隔设置的方形滤网87，所述方形箱81上设挡片810，位于串连柱88最上方的方形滤网87的上端面与挡片810相贴触。
本实施例中，所述加热机构9包括安装于右侧移动座架上的加热电源91，所述加热电源91连接有套筒92，套筒92的内筒壁安装有与加热电源91导线连接的加热环93，且位于套筒92的左筒端和右筒端分别安装有第二温度探测器94和第三温度探测器95。
在具体实施时，激光修复工艺包括以下步骤：
S1：将前向导流螺旋壳罩5、后向导流螺旋壳罩6及套筒92套在打磨抛光处理完成的无磁钻铤外部；
S2：设定采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的修复层数为n层，并设定第1层修复参数、第2层修复参数......第n层修复参数，且修复参数至少包括有：激光功率P（W）、扫描速度V扫（mm/mim）、送粉气L粉（L/min）、保护气L气（L/min）、送粉速度V粉（r/min）、光斑直径D（mm）、搭接率a％，其中，对于直径较小时，结合图4所示，根据搭接率的设定，计算出螺旋修复的螺距S，从而将前向导流螺旋壳罩5和后向导流螺旋壳罩6的单螺旋的覆罩范围被配置为mS（m取整数），从而拓宽前向导流螺旋壳罩5和后向导流螺旋壳罩6的覆罩范围，提高对气流的引导引流效果，使得前向导流螺旋壳罩5中气流中的不锈钢粉末更易附着在无磁钻铤的表面；
S3：由加热电源91调控加热环93对无磁钻铤进行预热处理，并与第二温度探测器94、第三温度探测器95进行信息互馈，设定使得第二温度探测器94所探测的温度处于一定预设温度T1；
S4：设定第一温度探测器的探测温度为T2，并与抽气机82进行信息互馈，调控抽气机82的抽气速率，且抽气机82的抽气速率设为等时间t调控方式；
S5：在每层修复过程中，由重力传感器811实时监测稳固盘89、串连柱88及方形滤网87，在等时间t期间的开始时至终止时的重力变化量及变化过程，重力变化量等于不锈钢粉末修复过程中未与无磁钻铤结合的损耗量，以便及时反馈调整下层修复时的送粉气L粉参数。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，包括横移导轨（1）、激光修复机构（4）以及加热机构（9），沿所述横移导轨（1）方向上安装有两个移动座架（2），所述移动座架（2）上安装有升降调控装置（3），左侧所述升降调控装置（3）上安装有激光修复机构（4），右侧所述升降调控装置（3）上安装有加热机构（9），其特征在于，左侧所述移动座架（2）上设有对接连接的前向导流螺旋壳罩（5）、后向导流螺旋壳罩（6），且前向导流螺旋壳罩（5）和后向导流螺旋壳罩（6）的对接端部设有暴露孔（7），后向导流螺旋壳罩（6）与前向导流螺旋壳罩（5）之间连通有吸流导流循环机构（8）。
2.根据权利要求1所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述激光修复机构（4）包括安装于左侧移动座架（2）上的环形壳箱（41），环形壳箱（41）的中部贯穿密封有激光熔覆头（43），环形壳箱（41）下端固定有围罩在激光熔覆头（43）外部的锥形罩（42），所述锥形罩（42）的下端与暴露孔（7）密封连接。
3.根据权利要求2所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述锥形罩（42）靠上端的内壁上固定有圆周分布的引流叶板（44）。
4.根据权利要求2所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述吸流导流循环机构（8）包括堵片板（85）、导管三（86），所述堵片板（85）固定于后向导流螺旋壳罩（6）靠近暴露孔（7）一端的内壳壁上，且位于堵片板（85）后端一侧的后向导流螺旋壳罩（6）壳壁上设有连通孔，连通孔连通导管二（84）一端，导管二（84）另一端连通抽气机（82）的输出端，抽气机（82）的输入端连通方形箱（81）的顶端，方形箱（81）的底端连通导管一（83）的一端，导管一（83）的另一端连通前向导流螺旋壳罩（5）的右端，所述导管三（86）的一端连通环形壳箱（41），所述导管三（86）的另一端连通后向导流螺旋壳罩（6）的左端。
5.根据权利要求4所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述环形壳箱（41）中设有第一温度探测器（45）。
6.根据权利要求4所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，沿所述前向导流螺旋壳罩（5）内壳壁上设有间隔分布的挡流板（51）。
7.根据权利要求4所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述方形箱（81）的顶端连通有氮气罐（812）。
8.根据权利要求5所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述方形箱（81）的底部设有重力传感器（811），重力传感器（811）的上端放置有稳固盘（89），稳固盘（89）上固定有串连柱（88），串连柱（88）上固定有多个间隔设置的方形滤网（87），所述方形箱（81）上设挡片（810），位于串连柱（88）最上方的方形滤网（87）的上端面与挡片（810）相贴触。
9.根据权利要求8所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，所述加热机构（9）包括安装于右侧移动座架（2）上的加热电源（91），所述加热电源（91）连接有套筒（92），套筒（92）的内筒壁安装有与加热电源（91）导线连接的加热环（93），且位于套筒（92）的左筒端和右筒端分别安装有第二温度探测器（94）和第三温度探测器（95）。
10.采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复工艺，其根据如权利要求9所述的采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的激光修复设备，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将前向导流螺旋壳罩（5）、后向导流螺旋壳罩（6）及套筒（92）套在打磨抛光处理完成的无磁钻铤外部；
S2：设定采用不锈钢粉末修复无磁钻铤的修复层数为n层，并设定第1层修复参数、第2层修复参数......第n层修复参数，且修复参数至少包括有：激光功率P、扫描速度V扫、送粉气L粉、保护气L气、送粉速度V粉、光斑直径D和搭接率a％；
S3：由加热电源（91）调控加热环（93）对无磁钻铤进行预热处理，并与第二温度探测器（94）、第三温度探测器（95）进行信息互馈，设定使得第二温度探测器（94）所探测的温度处于一定预设温度T1；
S4：设定第一温度探测器（45）的探测温度为T2，并与抽气机（82）进行信息互馈，调控抽气机（82）的抽气速率，且抽气机（82）的抽气速率设为等时间t调控方式；
S5：在每层修复过程中，由重力传感器（811）实时监测稳固盘（89）、串连柱（88）及方形滤网（87），在等时间t期间开始时至终止时的重力变化量及变化过程，重力变化量等于不锈钢粉末修复过程中未与无磁钻铤结合的损耗量，以便及时反馈调整下层修复时的送粉气L粉参数。
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